Biomarqueurs pour la détection précoce du cancer du sein
Si les cancers du sein sont détectés à un stade précoce, les taux de survie peuvent augmenter considérablement. Les vésicules extracellulaires (VE), telles que les exosomes, c’est-à-dire des particules sécrétées par les cellules dans les fluides corporels, constituent un biomarqueur émergent pour la biopsie liquide des cancers. Si des études ont montré que les VE circulant dans le sang transportent des informations moléculaires provenant de leurs cellules d’origine, notamment des cellules cancéreuses, l’un des principaux défis consistait à extraire ces informations de manière fiable. «Les VE sont extrêmement petites et hétérogènes, et isoler et caractériser les vésicules associées à une maladie à partir d’échantillons complexes tels que le sang peut s’avérer difficile et chronophage», explique Uğur Aygün, professeur assistant de recherche à l’université Koç(s’ouvre dans une nouvelle fenêtre), en Turquie. Dans le cadre du projet EXCEED, financé par le programme Actions Marie Skłodowska-Curie(s’ouvre dans une nouvelle fenêtre), Uğur Aygün et ses collègues, dont Hakan Ürey(s’ouvre dans une nouvelle fenêtre) et Utkan Demirci(s’ouvre dans une nouvelle fenêtre), se sont attaqués à ce goulet d’étranglement analytique en développant de nouvelles approches pour caractériser les VE avec sensibilité, sans marquage et à l’échelle de la particule individuelle.
Création d’une nouvelle chaîne d’analyse des VE
Dans le cadre d’EXCEED, l’équipe a mis au point une nouvelle chaîne d’analyse associant ExoTIC(s’ouvre dans une nouvelle fenêtre), une technologie microfluidique d’isolement des VE développée dans le laboratoire d’Utkan Demirci à l’université Stanford, à un système d’imagerie conçu sur mesure capable de caractériser des particules individuelles. Le système d’imagerie utilise la lumière diffusée et réfléchie pour détecter individuellement des vésicules à l’échelle nanométrique, ce qui permet de les détecter sans marqueurs fluorescents. L’équipe a complété cette approche par une autre technique, la spectroscopie Raman (SERS), afin de recueillir des informations chimiques sur les VE. La plateforme a été évaluée à l’aide de nanoparticules de référence et de VE provenant de modèles cellulaires cancéreux et non cancéreux, ainsi que d’échantillons d’origine clinique. «Cela nous a permis d’étudier à la fois les caractéristiques physiques et chimiques de ces vésicules nanométriques et d’explorer plus largement le potentiel de cette approche pour la biopsie liquide appliquée au cancer», explique Uğur Aygün.
Démonstration d’une détection sans marquage
L’un des principaux résultats du projet a été de démontrer qu’il était possible de détecter et de caractériser sans marquage des VE individuelles mesurant jusqu’à seulement 30 nm, sur un champ de vision relativement large. «Cela permet d’analyser simultanément un grand nombre de vésicules individuelles», souligne Uğur Aygün. L’équipe a également démontré la détection et la caractérisation de VE spécifiques pertinentes pour le cancer et exploré l’applicabilité plus large de cette approche à l’aide d’échantillons provenant d’autres types de cancer. En parallèle, elle a développé des approches d’apprentissage automatique permettant de différencier les nanoparticules en fonction de leurs propriétés optiques et physiques. Les résultats démontrent le potentiel plus large de la plateforme pour combiner des informations physiques, chimiques et computationnelles afin d’analyser en détail des populations hétérogènes de VE.
Étendre l’utilisation des biomarqueurs de VE au-delà du cancer du sein
«Je pense que les VE présentent un potentiel considérable comme biomarqueurs, non seulement pour le cancer du sein, mais aussi pour de nombreuses maladies, car elles transportent des informations moléculaires reflétant les cellules et les tissus dont elles sont issues», ajoute Uğur Aygün. Même si les VE ne sont pas encore utilisées couramment dans les analyses sanguines cliniques, Uğur Aygün estime que des technologies telles que celles développées dans EXCEED peuvent contribuer à combler ce fossé et pourraient être de plus en plus utilisées à l’avenir dans les systèmes de santé européens. «Dans un premier temps, ces plateformes peuvent permettre aux chercheurs d’identifier et de valider des signatures de VE associées à des maladies qui sont aujourd’hui difficiles à distinguer», fait remarquer Uğur Aygün. «À plus long terme, des signatures validées pourraient servir de base à des analyses sanguines peu invasives destinées à surveiller la réponse au traitement, la progression et la récidive de la maladie, ainsi que, potentiellement, à assurer sa détection précoce.» Au cours du projet, l’équipe s’est rendu compte que ces mêmes technologies pourraient servir non seulement à étudier les VE dans différentes maladies, mais aussi à caractériser d’autres nanoparticules biologiques, notamment des virus et des nanoparticules pertinentes pour le développement de vaccins. «À terme, j’aimerais voir ces technologies sortir du laboratoire de recherche et devenir des outils pratiques que les chercheurs et les cliniciens pourraient utiliser pour découvrir des biomarqueurs et, à terme, établir des diagnostics à partir d’analyses sanguines», indique Uğur Aygün.
